CN111052507B - 一种天线及无线设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种天线及无线设备，涉及天线技术领域，该天线包括依次间隔排列的第一金属层、第二金属层和第三金属层，第一金属层和第二金属层之间设有第一透镜介质层，第二金属层和第三金属层之间设有第二透镜介质层，第一透镜介质层和第二透镜介质层均包括入射面和出射面，第一馈源天线射出的电磁波与第二馈源天线射出的电磁波具有初始相位差，当出射面辐射出的电磁波向靠近第一金属层的方向扫描时，第三金属层沿出射面的出射方向延伸，使第三金属层的半径大于其他金属层的半径；当出射面辐射出的电磁波向靠近第三金属层的方向扫描时，第一金属层沿出射面的出射方向延伸，使第一金属层的半径大于其他金属层的半径。

Description

一种天线及无线设备

技术领域

本申请涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线及无线设备。

背景技术

随着现代通信系统技术的高速发展，人们对通信系统的通信速率、信道容量、数据吞吐量、用户覆盖率等方面提出了越来越高的要求。作为通信系统的最前端，对天线也提出更高的要求，需要天线能够拥有较高的增益以保证较远的通信距离，同时实现较快的通信速率；还需要天线能够工作在更高频段，如毫米波段，同时要求其具有一个较宽的工作带宽以保证较大信道容量，同时容纳多个用户通信；需要天线在方位面上能够实现更大空间范围上的波束覆盖，以实现方位面全角度的用户覆盖。例如在移动通信基站中，需要天线具有宽带、高增益、宽波束覆盖范围的能力以满足点对多数据链通信与多点回传等需求。在某些特定的场合，诸如有限视场定位，在限定范围内的点对点、点对多信息交互，有限范围空间内的目标定位等场合，需要天线具有较低剖面、较小尺寸、同时仅需要其提供较小范围的波束扫描，以避免因为抖动或者环境变化而导致的目标偏离等情况。

透镜天线是一种能够通过电磁波、将点源或线源的球面波或柱面波转换为平面波从而获得笔形、扇形或其他形状波束的天线。透镜天线的结构具有良好的旋转对称性，同时其每个波束具有全口径增益，可以通过放置多个馈源天线实现宽覆盖范围；多个馈源天线之间可以通过集成微波开关实现快速的波束扫描。因此透镜天线可以作为现代通信系统中的最前端，以满足现代通信系统中对通信速率、信道容量和用户覆盖的需求。

随着新低损耗材料的发现以及加工水平的提高使得透镜天线效率以及尺寸都得到了优化；推进了透镜天线的快速发展。其中平板龙伯透镜或者平板透镜介质层为方位面的大范围覆盖提供了一种较好的实现方法。通过在平行平板波导中夹装龙伯透镜结构或者透镜介质层构成平板透镜，以透镜的对称中心为原点，在透镜的入射面内围绕着圆心圆周阵列排布多个馈源，通过激励不同馈源可以实现不同方向的波束，从而实现波束在方位面上大角度覆盖，但是该结构无法实现波束在俯仰面的扫描。

利用透镜结构实现二维波束扫描可以采用球形透镜或采用多个平板透镜天线在垂直于方位面的方向阵列的形式实现。当采用球形透镜(如球龙伯透镜结构)的方案时，可通过在球形透镜的一侧放置多个馈源天线或者围绕球形透镜移动一个馈源天线，从而实现波束在二维空间的扫描。但是，球形透镜要求介电常数随半径均匀变化，受限于加工工艺，通常使用多个不同介电常数的同心球层等效代替，其加工难度较高。当采用多个平板透镜天线阵列的形式时，如图1所示，包括两个平板透镜天线01以及设置于平板透镜天线01两侧的金属层02，在俯仰面的方向使用多个阵列馈电天线进行馈电，可实现俯仰面的波束扫描，但是由于平板透镜天线01的厚度接近一个波长，同时金属层02也存在一定的厚度，馈源天线单元间的距离较大，导致天线在实现俯仰面的扫描时在主瓣03的两侧会出现较高电平的副瓣04(如图1中右侧的电磁波方向图所示)，副瓣04的出现会影响主瓣03的增益，且会接收更多的干扰信号。

发明内容

本申请的实施例提供的天线及无线设备，解决了现有的二维波束扫描天线加工难度高以及在实现俯仰面的波束扫描时会出现较高电平的副瓣的问题。

为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本申请提供一种天线，包括依次间隔排列的第一金属层、第二金属层和第三金属层，第一金属层和第二金属层之间设有第一透镜介质层，第二金属层和第三金属层之间设有第二透镜介质层，第一透镜介质层和第二透镜介质层均包括入射面和出射面，第一透镜介质层的入射面用于接收第一馈源天线射出的电磁波，第二透镜介质层的入射面用于接收第二馈源天线射出的电磁波，第一馈源天线射出的电磁波与第二馈源天线射出的电磁波具有初始相位差，当初始相位差使第一透镜介质层和第二透镜介质层的出射面辐射出的电磁波向靠近第一金属层的方向扫描时，第三金属层沿出射面的出射方向延伸，使第三金属层的半径大于其他金属层的半径；当初始相位差使第一透镜介质层和第二透镜介质层的出射面辐射出的电磁波向靠近第三金属层的方向扫描时，第一金属层沿出射面的出射方向延伸，使第一金属层的半径大于其他金属层的半径。

本申请实施例提供的天线，采用了多个平板透镜天线堆叠的形式实现了天线在俯仰面和方位面上的二维扫描，因此不需要制作加工难度高的球形透镜，从而降低了天线加工难度。并且，当初始相位差使第一透镜介质层和第二透镜介质层的出射面辐射出的电磁波向靠近第一金属层的方向扫描时，第三金属层沿出射面的出射方向延伸，使第三金属层的半径大于其他金属层的半径，由此，第一透镜介质层辐射出的电磁波的上、下两侧介质层均为空气或真空介质层，第二透镜介质层辐射出的电磁波的上侧介质层为空气或真空介质层，下侧介质层为金属介质层，由于相位变化量Δφ＝β*D(其中β为电磁波的传播常数，D为电磁波的传播距离)，且电磁波在金属层中的传播常数β₁小于电磁波在真空或空气中的传播常数β₂，因此可以得出，在传播距离D相同的情况下，第一透镜介质层辐射出的电磁波的相位变化量Δφ₁会超前于第二透镜介质层辐射出的电磁波的相位变化量Δφ₂，从而可导致电磁波的方向图发生改变，使得电磁波的副瓣电平降低。同样，当初始相位差使第一透镜介质层和第二透镜介质层的出射面辐射出的电磁波向靠近第三金属层的方向扫描时，第一金属层沿出射面的出射方向延伸，使第一金属层的半径大于其他金属层的半径，此时，在传播距离D相同的情况下，第二透镜介质层辐射出的电磁波的相位变化量Δφ₂会超前于第一透镜介质层辐射出的电磁波的相位变化量Δφ₁，由此导致电磁波的方向图发生改变，使得电磁波的副瓣电平降低。

在可能的实现方式中，当初始相位差使第一透镜介质层和第二透镜介质层的出射面辐射出的电磁波向靠近第一金属层的方向扫描时，第二金属层和第三金属层沿出射面的出射方向延伸，使第一金属层、第二金属层、第三金属层的半径依次递增；当初始相位差使第一透镜介质层和第二透镜介质层的出射面辐射出的电磁波向靠近第三金属层的方向扫描时，第一金属层和第二金属层沿出射面的出射方向延伸，使第一金属层、第二金属层、第三金属层的半径依次递减。

在可能的实现方式中，第三金属层远离第二金属层的一侧依次间隔排列有第四金属层和第五金属层，第三金属层和第四金属层之间设有第三透镜介质层，第四金属层和第五金属层之间设有第四透镜介质层，第三透镜介质层的入射面用于接收第三馈源天线射出的电磁波，第四透镜介质层的入射面用于接收第四馈源天线射出的电磁波，第一馈源天线射出的电磁波与第二馈源天线射出的电磁波具有第一初始相位差，第三馈源天线射出的电磁波与第四馈源天线射出的电磁波具有第二初始相位差，第一初始相位差使第一透镜介质层和第二透镜介质层的出射面辐射出的电磁波向靠近第一金属层的方向扫描，第二初始相位差使第三透镜介质层和第四透镜介质层的出射面辐射出的电磁波向靠近第五金属层的方向扫描，第三金属层沿出射面的出射方向延伸，使第三金属层的半径大于其他金属层的半径。由此，可实现一点对多点的信息交互。

在可能的实现方式中，第一金属层、第二金属层、第四金属层和第五金属层的半径相等且均为84毫米，第一透镜介质层、第二透镜介质层、第三透镜介质层和第四透镜介质层的半径相等且均为60毫米，第三金属层的半径与第一金属层的半径的差值为Δd，Δd≥16毫米。由此，Δd在此范围内取值可显著降低副瓣电平，并且当Δd＝16毫米时，可使天线的半功率角波束宽度最大。

在可能的实现方式中，各层透镜介质层均为圆柱形结构，圆柱形结构的两底面分别与位于其两侧的金属层相贴合，入射面和出射面分别为圆柱形结构的侧面的一部分。

在可能的实现方式中，各层透镜介质层同轴设置，且各层透镜介质层的直径和厚度均相等。

在可能的实现方式中，各层金属层均为圆盘形结构，各层金属层的轴线与透镜介质层的轴线重合。由此，可使天线在方位面扫描时保证各波束的扫描一致性。

在可能的实现方式中，各层金属层与各层透镜介质层通过沿透镜介质层的轴向延伸的螺钉贯穿连接。

在可能的实现方式中，透镜介质层可采用聚苯乙烯交联树脂1422型材料制作。

在可能的实现方式中，每层透镜介质层均连接有多个馈源天线，多个馈源天线沿该透镜介质层的入射面的圆周方向分布。由此，可实现方位面的扫描。

在可能的实现方式中，馈源天线可以为八木天线、喇叭天线或缝隙天线。

在可能的实现方式中，馈源天线可以为由基片集成波导制成的八木天线。

第二方面，本申请还提供了一种无线设备，包括基带、射频模块，电缆和天线。射频模块通过电缆分别与基带和天线连接，天线为上述第一方面公开的天线，其中，基带用于将数字信号转换为中频模拟信号并发送给射频模块；射频模块用于将中频模拟信号转换为射频信号并发送给天线；天线用于将射频信号转换为电磁波信号并向空间辐射。

在第二方面可能的实现方式中，射频模块将中频模拟信号转换为射频信号并发送给天线包括：将中频模拟信号转换为射频信号；将射频信号依次进行放大处理和滤波处理，获得处理的射频信号；将处理的射频信号发送给天线；天线将射频信号转换为电磁波信号包括：将处理的射频信号转换为电磁波信号。

本申请实施例提供的无线设备，由于采用了多个平板透镜天线堆叠的形式实现了天线在俯仰面和方位面上的二维扫描，因此不需要制作加工难度高的球形透镜，从而降低了天线加工难度。并且当初始相位差使所述第一透镜介质层和第二透镜介质层的出射面辐射出的电磁波向靠近所述第一金属层的方向扫描时，对应所述出射面的辐射区域，所述第三金属层的半径大于其他金属层的半径，此时，由于电磁波在金属层中的传播常数小于电磁波在真空或空气中的传播常数，因此，在相同的传播距离下，第一透镜介质层辐射出的电磁波的相位会超前于第二透镜介质层辐射出的电磁波的相位，由此导致电磁波的方向图发生改变，使得电磁波的副瓣电平降低。

附图说明

图1为一种多平板透镜天线阵列的结构示意图；

图2为本申请实施例天线的结构示意图；

图3为本申请实施例天线的一种金属层排布方式示意图；

图4为本申请实施例天线的另一种金属层排布方式示意图；

图5为本申请实施例对称结构的透镜天线的结构示意图；

图6为本申请实施例对称结构的透镜天线的立体结构示意图；

图7为本申请实施例对称结构的透镜天线的俯视图；

图8为图5天线的仿真反射系数和暗室测试反射系数的对比结果图；

图9为图5天线的峰值增益和频率的变化关系图；

图10为图5天线的分别在馈源端口A和馈源端口B输入时天线方向图的测试与仿真结果对比图；

图11为图5天线在馈源端口A输入不同频率的信号时的测试方向图；

图12为本申请实施例天线在不同Δd情况下金属层与波束最大指向之间的关系图；

图13为本申请实施例天线当Δd为0时的归一化方向图；

图14为本申请实施例天线当Δd为4毫米时的归一化方向图；

图15为本申请实施例天线当Δd为8毫米时的归一化方向图；

图16为本申请实施例天线当Δd为16毫米时的归一化方向图；

图17为本申请实施例天线当Δd为24毫米时的归一化方向图；

图18为本申请实施例无线设备的连接关系示意图。

具体实施方式

本申请实施例涉及天线及无线设备，以下对上述实施例涉及到的概念进行简单说明：

天线：天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。

透镜天线：一种能够通过电磁波、将点源或线源的球面波或柱面波转换为平面波从而获得笔形、扇形或其他形状波束的天线。

八木天线：是由一个有源振子、一个无源反射器和若干个无源引向器平行排列而成的端射式天线。

方位面：平行于地平面的平面，即垂直于图5中轴线O的平面。

俯仰面：垂直于地平面的平面，即经过图5中轴线O的平面。

传播常数：表示电磁波在单位传播长度内相位的变化量，不同介质材料的传播常数不同。

如图2所示，本申请实施例提供了一种天线，包括依次间隔排列的第一金属层11、第二金属层12和第三金属层13，第一金属层11和第二金属层12之间设有第一透镜介质层21，第二金属层12和第三金属层13之间设有第二透镜介质层22，第一透镜介质层21包括入射面212和出射面211，第二透镜介质层22包括入射面222和出射面221，第一透镜介质层21的入射面212用于接收第一馈源天线(图中未示出)射出的电磁波，第二透镜介质层22的入射面222用于接收第二馈源天线(图中未示出)射出的电磁波，第一馈源天线射出的电磁波与第二馈源天线射出的电磁波具有初始相位差，当初始相位差使第一透镜介质层21和第二透镜介质层22的出射面辐射出的电磁波向靠近第一金属层11的方向扫描时，第三金属层13沿出射面的出射方向延伸，使第三金属层13的半径大于其他金属层的半径；当初始相位差使第一透镜介质层21和第二透镜介质层22的出射面辐射出的电磁波向靠近第三金属层13的方向扫描时，第一金属层11沿出射面的出射方向延伸，使第一金属层11的半径大于其他金属层的半径。

本申请实施例提供的天线，采用了多个平板透镜天线堆叠的形式实现了天线在俯仰面和方位面上的二维扫描，因此不需要制作加工难度高的球形透镜，从而降低了天线加工难度。并且，当初始相位差使第一透镜介质层21和第二透镜介质层22的出射面辐射出的电磁波向靠近第一金属层11的方向扫描时，第三金属层13沿出射面的出射方向延伸，使第三金属层13的半径大于其他金属层的半径。如图2所示，第三金属层13的半径超出其他金属层的部分为Δd，在Δd对应的上方区域内，第一透镜介质层21辐射出的电磁波的上、下两侧介质层均为空气或真空介质层，第二透镜介质层22辐射出的电磁波的上侧介质层为空气或真空介质层，下侧介质层为金属介质层(即第三金属层13的Δd部分)。由于相位变化量Δφ＝β*d(其中β为电磁波的传播常数，d为电磁波的传播距离)，且电磁波在金属层中的传播常数β₁小于电磁波在真空或空气中的传播常数β₂，因此第一透镜介质层21辐射出的电磁波在两层空气或真空介质层组成的介质层中的传播常数(β₂)大于第二透镜介质层22辐射出的电磁波一层空气或真空介质层、另一层金属介质层组成的介质层中的传播常数(介于β₁和β₂之间)，从而可以得出，在传播距离d相同的情况下(均为Δd)，第一透镜介质层21辐射出的电磁波的相位变化量Δφ₁会超前于第二透镜介质层22辐射出的电磁波的相位变化量Δφ₂，从而可导致电磁波的方向图发生改变，使得电磁波的副瓣电平降低。同样，当初始相位差使第一透镜介质层21和第二透镜介质层22的出射面辐射出的电磁波向靠近第三金属层13的方向扫描时，第一金属层11沿出射面的出射方向延伸，使第一金属层11的半径大于其他金属层的半径。此时，在传播距离d相同的情况下(均为Δd)，第二透镜介质层22辐射出的电磁波的相位变化量Δφ₂会超前于第一透镜介质层21辐射出的电磁波的相位变化量Δφ₁，由此导致电磁波的方向图发生改变，使得电磁波的副瓣电平降低。

需要说明的是，通过设计第一馈源天线和第二馈源天线的馈电结构可使第一馈源天线射出的电磁波与第二馈源天线射出的电磁波产生相同或不同的初始相位，当产生的初始相位不同时，初始相位的差值即初始相位差。例如，当馈电结构为集成波导时，可以通过改变集成波导的长度和宽度来改变集成波导的传播常数，进而改变馈源天线的初始相位。当馈电结构为微带线或馈电线时，可以通过改变微带线或馈电线的长度来改变微带线或馈电线的传播常数，进而改变馈源天线的初始相位。具体地，为了使第一透镜介质层21和第二透镜介质层22的出射面辐射出的电磁波向靠近第一金属层11的方向扫描，可使第一透镜介质层21射出的电磁波的初始相位超前于第二透镜介质层22射出的电磁波的初始相位，即第一馈源天线射出的电磁波的初始相位减去第二馈源天线射出的电磁波的初始相位的差值为正值；同样，为了使第一透镜介质层21和第二透镜介质层22的出射面辐射出的电磁波向靠近第三金属层13的方向扫描，可使第二透镜介质层22射出的电磁波的初始相位超前于第一透镜介质层21射出的电磁波的初始相位，即第一馈源天线射出的电磁波的初始相位减去第二馈源天线射出的电磁波的初始相位的差值为负值。

为了降低副瓣电平，当初始相位差使第一透镜介质层21和第二透镜介质层22的出射面辐射出的电磁波向靠近第一金属层11的方向扫描时，可将第三金属层13沿出射面的出射方向延伸，使第三金属层13的半径大于其他金属层的半径，而对于第一金属层11和第二金属层12，其也可以沿出射面的出射方向延伸一定距离，只要延伸后第一金属层11和第二金属层12的半径仍小于第三金属层13的半径即可。在一种可能的实现方式中，如图3所示，可将第二金属层12和第三金属层13均沿出射面的出射方向延伸，第一金属层11半径不变，使第一金属层11、第二金属层12、第三金属层13的半径依次递增，该结构也可实现降低副瓣电平的效果；同样，当初始相位差使第一透镜介质层21和第二透镜介质层22的出射面辐射出的电磁波向靠近第三金属层13的方向扫描时，如图4所示，可将第一金属层11和第二金属层12沿出射面的出射方向延伸，第三金属层13半径不变，使第一金属层11、第二金属层12、第三金属层13的半径依次递减，该结构同样可实现降低副瓣电平的效果。

本申请实施例还可用于形成对称结构的透镜天线组，具体地，如图5、图6、图7所示，第三金属层13远离第二金属层12的一侧还依次间隔排列有第四金属层14和第五金属层15，第三金属层13和第四金属层14之间设有第三透镜介质层23，第四金属层14和第五金属层15之间设有第四透镜介质层24，其中，第一透镜介质层21的入射面用于接收第一馈源天线31射出的电磁波，第二透镜介质层22的入射面用于接收第二馈源天线32射出的电磁波，第三透镜介质层23的入射面用于接收第三馈源天线33射出的电磁波，第四透镜介质层24的入射面用于接收第四馈源天线34射出的电磁波。

其中，第一金属层11、第二金属层12、第三金属层13、第一透镜介质层21以及第二透镜介质层22构成一组透镜天线组；第三金属层13、第四金属层14、第五金属层15、第三透镜介质层23以及第四透镜介质层24构成另一组透镜天线组，两组透镜天线组相对于第三金属层13对称设置。此时，第一馈源天线31射出的电磁波与第二馈源天线32射出的电磁波具有第一初始相位差，第三馈源天线33射出的电磁波与第四馈源天线34射出的电磁波具有第二初始相位差，并且第一初始相位差使第一透镜介质层21和第二透镜介质层22的出射面辐射出的电磁波向靠近第一金属层11的方向扫描，第二初始相位差使第三透镜介质层23和第四透镜介质层24的出射面辐射出的电磁波向靠近第五金属层15的方向扫描，为了降低副瓣电平，可将第三金属层13沿出射面的出射方向延伸，使第三金属层13的半径大于其他金属层的半径。该天线可以向两个不同方向辐射电磁波，从而实现一点对多点的信息交互。

具体地，馈源天线可以为八木天线、喇叭天线、缝隙天线等。在此不做限定。在本申请的一种实施例中，馈源天线可以为由基片集成波导制成的八木天线。

为了进一步对图5所示的天线进行分析，本实施例采用实物测试和建模仿真的方法分别对上述天线的性能进行分析。实物天线的具体参数如下：天线的工作频率范围为57～60GHz，增益变化范围为22.8～23.5dBi，副瓣电平小于-10dB。透镜选用的介质为聚苯乙烯交联树脂1422型材料，其相对介电常数为2.53，馈源天线采用高频电路板制作，其相对介电常数为2.2。各层金属层和各层透镜介质层的尺寸参数如表1所示：

结构层编号	结构层厚度(mm)	结构层半径(mm)
			第一金属层11	1	84
第一透镜介质层21	4.5	60
			第二金属层12	1	84
第二透镜介质层22	4.9	60
			第三金属层13	1	100
第三透镜介质层23	4.9	60
			第四金属层14	1	84
第四透镜介质层24	4.9	60
			第五金属层15	1	84

表1

图8所示为上述天线的仿真反射系数和测试反射系数的对比结果图，由图8可知，在57GHz～66GHz范围内，反射系数S11都小于-11dB，反射系数符合要求且仿真和测试的结果达到了很好的吻合。如图9所示的两条曲线分别为天线实物测试得到的峰值增益随频率的变化关系以及模拟仿真得到的峰值增益随频率的变化关系，由图9可以看出，两条曲线均显示出天线的增益随频率的升高而增加，符合天线性能的基本变化规律。图10所示为天线分别在馈源端口A和馈源端口B输入时天线方向图的测试与仿真结果对比，由图10可以看出，仿真与测试的结果保持较好的一致性，且天线的对称性较好。图11给出了在馈源端口A输入不同频率的信号时，测试的方向图变化情况，由图11可知，输入不同频率时主瓣的指向基本保持一致，且波束宽度变化较小，在66GHz的副瓣电平为-11dB，副瓣电平较低。

图12所示为不同Δd情况下金属层与波束最大指向之间的关系。从图12中可以得到，当Δd＜16mm时波束的最大指向随着半径的增加而增加；当Δd＞16mm时，最大指向变化幅度减小，基本保持不变；当Δd＝16mm时，波束指向最大。

为了说明金属层沿出射面的出射方向延伸的长度Δd对波束的影响，在图5所示的天线结构中，当其余金属层半径相同时，对第三金属层13选择不同Δd情况下的天线分别做了辐射方向图的仿真实验，仿真实验得到的天线俯仰面方向图如图13～图17所示，首先分析说明选择不同Δd的情况下对副瓣的影响，图13选择的Δd为0，即第三金属层13不延伸，此时俯仰面方向图的副瓣如图13所示，副瓣增益超过-10dB(约-8dB)，副瓣电平较高；图14选择的Δd为4毫米，此时副瓣增益降低至-10dB以下；图15选择的Δd为8毫米，副瓣增益进一步降低；图16选择的Δd为16毫米，副瓣几乎消失；图17选择的Δd为24毫米，此时天线方向图变化不大。由以上分析可以得出，当第一金属层11、第二金属层12、第四金属层14和第五金属层15的半径相等时，第三金属层13的半径与第一金属层11的半径的差值Δd选择为大于或等于16毫米时可使副瓣将至最低。

以下进一步说明在选择不同Δd的情况下对3db(半功率角)波束宽度的影响。表2列出了不同Δd对应的3db波束宽度范围：

表2

由表2可知，当Δd为16mm时，3db波束宽度最大，从而使得波束覆盖范围也最大。

需要说明的是，上述对Δd的取值范围分析是在以下条件下进行的：第一金属层、第二金属层、第四金属层和第五金属层的半径相等且均为84毫米，第一透镜介质层、第二透镜介质层、第三透镜介质层和第四透镜介质层的半径相等且均为60毫米。当天线的上述参数发生变化时，对应的Δd的上述取值范围(即可使副瓣将至最低的取值范围)也可能发生变化，但通过上述仿真实验方法仍可得到Δd的取值范围(即可使副瓣将至最低的取值范围)，因此均在本申请的保护范围内。

其中，各层透镜介质层可以均为圆柱形结构，所述圆柱形结构的上底面和下底面分别与位于上、下两侧的金属层相贴合，其中，入射面和出射面可以分别为所述圆柱形结构的侧面的一部分。圆柱形结构的透镜介质层易于加工制作，且易于实现方位面的扫描。具体地，为了实现天线在方位面上的扫描，如图7所示，每层透镜介质层均连接有多个馈源天线3，多个馈源天线3沿该透镜介质层的入射面的圆周方向分布。由此，可通过激励圆周方向上分布的不同的馈源天线3以得到方位面上的不同方向的波束，从而实现方位面上的波束扫描。

在本申请的一种可能的实现方式中，如图6所示，各层透镜介质层同轴设置，且各层透镜介质层的直径和厚度均相等。各层金属层均为圆盘形结构，且各层金属层的轴线与透镜介质层的轴线重合。由此，在进行方位面上的扫描时可保证各角度波束的扫描一致性。

各层金属层与各层透镜介质层的连接方式可以有多种选择，例如，可以通过粘接的方式进行连接，还可以如图6所示，将各层金属层与各层透镜介质层通过沿透镜介质层的轴向延伸的螺钉4贯穿连接。用螺钉4贯穿连接的方案便于拆卸更换金属层或透镜介质层，从而使天线易于维修和调整。

本申请还提供了一种无线设备，如图18所示，该无线设备包括基带100、射频模块200，电缆300和天线400。射频模块200通过电缆300分别与基带100和天线400连接，天线400为本发明实施例公开的天线。

在一个实施例中，基带100，用于将数字信号转换为中频模拟信号并发送给射频模块200；

射频模块200，用于将中频模拟信号转换为射频信号并发送给天线400；

天线400，用于将射频信号转换为电磁波信号并向空间辐射。

作为一种可能的实施方式，射频模块200将中频模拟信号转换为射频信号并发送给天线400包括：

将中频模拟信号转换为射频信号；

将射频信号依次进行放大处理和滤波处理，获得处理的射频信号；

将处理的射频信号发送给天线400；

天线400将射频信号转换为电磁波信号包括：

将处理的射频信号转换为电磁波信号。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种天线，其特征在于，包括依次间隔排列的第一金属层、第二金属层和第三金属层，所述第一金属层和所述第二金属层之间设有第一透镜介质层，所述第二金属层和所述第三金属层之间设有第二透镜介质层，所述第一透镜介质层和所述第二透镜介质层均包括入射面和出射面，所述第一透镜介质层的入射面用于接收第一馈源天线射出的电磁波，所述第二透镜介质层的入射面用于接收第二馈源天线射出的电磁波，所述第一馈源天线射出的电磁波与所述第二馈源天线射出的电磁波具有初始相位差；

当所述初始相位差使所述第一透镜介质层和第二透镜介质层的出射面辐射出的电磁波向靠近所述第一金属层的方向扫描时，所述第三金属层沿所述出射面的出射方向延伸，使所述第三金属层的半径大于其他金属层的半径；

当所述初始相位差使所述第一透镜介质层和第二透镜介质层的出射面辐射出的电磁波向靠近所述第三金属层的方向扫描时，所述第一金属层沿所述出射面的出射方向延伸，使所述第一金属层的半径大于其他金属层的半径。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，当所述初始相位差使所述第一透镜介质层和第二透镜介质层的出射面辐射出的电磁波向靠近所述第一金属层的方向扫描时，所述第二金属层和所述第三金属层沿所述出射面的出射方向延伸，使所述第一金属层、第二金属层、第三金属层的半径依次递增；

当所述初始相位差使所述第一透镜介质层和第二透镜介质层的出射面辐射出的电磁波向靠近所述第三金属层的方向扫描时，所述第一金属层和所述第二金属层沿所述出射面的出射方向延伸，使所述第一金属层、第二金属层、第三金属层的半径依次递减。

3.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，所述第三金属层远离所述第二金属层的一侧依次间隔排列有第四金属层和第五金属层，所述第三金属层和所述第四金属层之间设有第三透镜介质层，所述第四金属层和所述第五金属层之间设有第四透镜介质层，所述第三透镜介质层的入射面用于接收第三馈源天线射出的电磁波，所述第四透镜介质层的入射面用于接收第四馈源天线射出的电磁波，所述第一馈源天线射出的电磁波与所述第二馈源天线射出的电磁波具有第一初始相位差，所述第三馈源天线射出的电磁波与所述第四馈源天线射出的电磁波具有第二初始相位差，所述第一初始相位差使所述第一透镜介质层和所述第二透镜介质层的出射面辐射出的电磁波向靠近所述第一金属层的方向扫描，所述第二初始相位差使所述第三透镜介质层和所述第四透镜介质层的出射面辐射出的电磁波向靠近所述第五金属层的方向扫描，所述第三金属层沿所述出射面的出射方向延伸，使所述第三金属层的半径大于其他金属层的半径。

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述第一金属层、第二金属层、第四金属层和第五金属层的半径相等且均为84毫米，所述第一透镜介质层、第二透镜介质层、第三透镜介质层和第四透镜介质层的半径相等且均为60毫米，所述第三金属层的半径与所述第一金属层的半径的差值为Δd，Δd≥16毫米。

5.根据权利要求1～2、4中任一项所述的天线，其特征在于，各层透镜介质层均为圆柱形结构，所述圆柱形结构的两底面分别与位于其两侧的金属层相贴合，所述入射面和出射面分别为所述圆柱形结构的侧面的一部分。

6.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，各层透镜介质层均为圆柱形结构，所述圆柱形结构的两底面分别与位于其两侧的金属层相贴合，所述入射面和出射面分别为所述圆柱形结构的侧面的一部分。

7.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，各层透镜介质层同轴设置，且各层透镜介质层的直径和厚度均相等。

8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，各层金属层均为圆盘形结构，各层金属层的轴线与透镜介质层的轴线重合。

9.根据权利要求1～2、4、6～8中任一项所述的天线，其特征在于，各层金属层与各层透镜介质层通过沿透镜介质层的轴向延伸的螺钉贯穿连接。

10.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，各层金属层与各层透镜介质层通过沿透镜介质层的轴向延伸的螺钉贯穿连接。

11.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，各层金属层与各层透镜介质层通过沿透镜介质层的轴向延伸的螺钉贯穿连接。

12.根据权利要求1～2、4、6～8、10～11中任一项所述的天线，其特征在于，每层透镜介质层均连接有多个馈源天线，多个馈源天线沿该透镜介质层的入射面的圆周方向分布。

13.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，每层透镜介质层均连接有多个馈源天线，多个馈源天线沿该透镜介质层的入射面的圆周方向分布。

14.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，每层透镜介质层均连接有多个馈源天线，多个馈源天线沿该透镜介质层的入射面的圆周方向分布。

15.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，每层透镜介质层均连接有多个馈源天线，多个馈源天线沿该透镜介质层的入射面的圆周方向分布。

16.一种无线设备，其特征在于，包括基带、射频模块、电缆和权利要求1-15任一项所述的天线，其中：

所述射频模块通过所述电缆分别与所述基带和所述天线连接；

所述基带，用于将数字信号转换为中频模拟信号并发送给所述射频模块；

所述射频模块，用于将所述中频模拟信号转换为射频信号并发送给所述天线；

所述天线，用于将所述射频信号转换为电磁波信号并向空间辐射。

17.根据权利要求16所述的无线设备，其特征在于，所述射频模块将所述中频模拟信号转换为射频信号并发送给所述天线包括：

将所述中频模拟信号转换为射频信号；

将所述射频信号依次进行放大处理和滤波处理，获得处理的射频信号；

将所述处理的射频信号发送给所述天线；

所述天线将所述射频信号转换为电磁波信号包括：

将所述处理的射频信号转换为电磁波信号。

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